液冷温控生产项目可行性研究报告-智算中心的重要保障

北京智博睿项目管理有限公司北京智博睿项目管理有限公司液冷温控生产项目可行性研究报告-智算中心的重要保障1、液冷温控——智算中心的稳定器温控对于保障高密度算力中心正常稳定运转有重要的意义。大多数服务器和网络设备的工作温度范围在5摄氏度至35摄氏度之间。为了确保设备的最佳运行状态和延长使用寿命，国际标准建议IDC机房的温度应控制在22摄氏度至24摄氏度之间。如果温度过高，设备容易过热导致损坏；如果温度过低，设备易产生冷凝水，导致短路和损坏。智算中心（AIDC）中，液冷不可或缺。随着智算中心所采用芯片功耗的提升、单机柜功率密度的快速增长，传统风冷逐渐触及温控性能极限，液冷温控成为算力中心温控的必备技术。温控底层技术主要分为：风冷、冷冻水（间接蒸发冷）、液冷、相变材料、电子散热技术（导热材料散热、热管散热、均热板等）。数据中心存量场景中以风冷为主，液冷技术的使用比例正不断提升。液冷主要原理为用液体替代空气作为冷媒，为发热器件换热。相比风冷，液冷的主要原理是用液体替代空气作为冷媒，为CPU、芯片组、内存条以及扩展卡等发热器件进行换热，带走热量。在节能、成本、节地、芯片可靠性、机房环境等多维度，液冷相比风冷均具备优势。液冷主要可分为冷板式、浸没式、喷淋式三大类。按照接触方式，液冷主要可分为冷板式、浸没、喷淋式三大类。其中，按照是否相变，冷板式液冷可分为单相冷板式液冷、两相冷板式液冷，浸没式液冷可分为单相浸没式液冷、相变浸没式液冷。2、液冷驱动温控价值提升，国内市场空间近百亿数据中心基础设施建设成本中冷却系统成本占比约20%-25%。新建数据中心，包括设施运营中使用的必要基础设施和组件，通常可分为四个主要类别：1）土地和建筑外壳（15%-20%）：建筑外壳、活动地板；2）电气系统（40％-45％）：备用发电机、电池、配电装置（PDU）、不间断电源（UPS）、开关设备/变压器；3）HVAC/机械/冷却系统（20%-25%）：机房空调（CRAC）、机房空气处理器（CRAH）、风冷式冷水机组、冷冻水储存和管道；4）建筑装修（15%-20%）：大堂/入口、会见室(MMR)、发货和接收区域。对比风冷，液冷的单位造价进一步提升，目前风冷：冷板式液冷：浸没式液冷每kW成本的比例关系呈现逐步翻倍，因此液冷有望推动冷却环节的投资占比进一步提升。根据此前液冷通用架构可知，一般可将液冷分为机房侧和ICT设备侧两部分，机房侧包括一次侧和二次侧，一次侧是连接冷却塔到CDU，全液冷机柜的循环水系统，也称为一次管路或室外侧；二次侧是连接CDU到全液冷机柜中的液冷元器件的冷却循环水系统，也称为二次管路或室内侧。二次侧包括CDU、液冷机柜、列间空调、冷热气流隔离及封闭组件、动环系统。CDU：由于一般CDU功率在200-300kw，对应2000kw需要7个CDU，价值量占比30%左右。液冷机柜：成本包括快速接头、PDU、Manifold等主要组件，总价值量占比16%。其中，PDU采用双路输入，一个机柜中需要两个。Manifold需要360不锈钢焊接，价值量较高。列间空调：补冷热量占总热量的15%-20%，包括内机和外机，价值量占比35%。冷热气流隔离即封闭组件和动环系统总价值量占比5%左右。Manifold作为液冷系统的集流器，承担将冷却液体引入机架并传递到机架外侧的关键任务，直接影响整个液冷系统的热管理，确保冷却液体顺畅流动，高效吸收和带走系统中产生的热量。Manifold从制造上，一般采用316不锈钢，并使用无缝焊接工艺，因此在液冷机柜中价值量较高。据测算，到2025年，机房温控市场合计142亿元，风冷液冷各站一半，以下是核心假设：（1）渗透率假设：2025年通用服务器液冷渗透率15%；AI服务器液冷渗透率50%；（2）功耗假设：假设通用服务器单芯片平均功耗提升至250W；AI服务器单芯片功耗提升至500W（参考-昇腾910TDP约400W）（3）单价假设：假设2025年风冷、冷板式、浸没式单位成本分别为2430、4000、8000元/kW。（4）冗余：服务器总功耗芯片占比为80%、液冷一般配备15%风冷冗余。冷板是冷板式液冷ICT设备侧的核心部件。冷板即以工艺冷媒为媒介，实现热量交换的紧凑型换热部件，与设备配套管路、QDC、CDU、RCM、LCM等形成二次侧冷却环路，并最终将处理器热量传递至室外，常用材料为紫铜、铝等。冷板设计需要考虑的关键指标包括冷板内部流道、内部流速、额定流量、冷板热阻以及冷板流阻。目前冷板单板价值量1000-2000元，和GPU/CPU数量一一对应，根据上页逻辑测算，2025年市场规模为30-60亿元。温控厂商受益趋势明确，电子散热加速国产替代由于液冷技术处于初期，产业标准未定，当前行业有多重交付模式：（1）以华为为代表的算力解决方案商做整包，液冷部分自己设计，找第三方温控公司整体采购或部分采购（2）以阿里为代表的互联网大厂，采购液冷服务器，服务器厂商集液冷设备一起交付（3）运营商分别招标液冷设备和服务器等，后续做整体集成。产业链上下游互相渗透，体现出竞争格局混乱的特征。因此在国内市场中，服务器、互联网厂商、温控设备商以及零配件公司均有参与，竞争格局较为复杂。各自环节有各自的优势：温控设备厂商：深耕温控技术应用场景，对技术原理理解深厚，为客户提供定制化全链条解决方案及关键部件的设计制造，能够从系统角度出发提供整体解决方案。服务器厂商：贴近客户，可利用客户关系向上集成。互联网大厂：如阿里、华为，自身是客户或EPC，产业链位置领先，对具体应用场景需求更明确零配件公司：以某几类难度较高的配件进入到产业链中，逐步完善整体解决方案。长期来看，随着行业逐步标准化，解耦交付是大趋势。温控厂商依靠专业化的能力，产业链地位会逐步提高。当前液冷交付模式包括一体化交付与解耦交付两种。解耦交付是液冷机柜与液冷服务器之间遵循用户统一制定的接口设计规范，机柜与服务器解耦，可由不同厂商交付。一体化交付是液冷整机柜（包括机柜和服务器）由厂商自定标准进行集成设计开发，整机柜由同一厂商一体化交付服务器与机柜解耦有利于促进行业标准形成，让更多厂商参与其中。一体化交付存在非原厂商机柜与服务器不适配、机房管理中各厂家难能以对接等问题。解耦交付可形成统一标准规范，便于后续机房的灵活部署，有助于温控厂商与服务器厂商协调合作，给客户更大的自由度选择不同服务器和机柜组合，而不受限于某一供应商。解耦交付能够实现机柜与服务器分别采购，从而促进行业竞争，降低下游采购成本。但目前技术尚不成熟，在运维管理中存在责任不清等问题。由于液冷系统复杂度提升，各环节的沟通协同有望进一步加强。液冷相较于风冷而言，与服务器的匹配度要求进一步提升，无论是冷板式服务器（要求液冷冷板匹配服务器型号）还是浸没式服务器，都需要服务器、液冷厂商、IDC企业（业主）共同参与到设计等环节。而当前阶段，绑定加速卡芯片厂商的公司具备显著的先发优势。第三方机房温控供应厂商中，国产公司市场占有率有望持续提升。传统的精密空调初期主要以海外品牌艾默生等为主（艾默生旗下公司为全球首台数据中心空调研发开拓者），后期国内厂商市占率逐步提升，截至2021年海外厂商仍然占有40%左右占有率。国内温控企业在液冷解决方案上更具优势。数据中心液冷产品大大增加了后期运维的支出和维护成本（定期做腐蚀、密封性、可靠性等检测），相较于国外企业，国产品牌在服务响应效率、产品设计灵活度、运维服务等方面更具有优势，预计国内温控厂商未来有望占据主要地位。随着液冷技术不断成熟，本土公司对于部分零配件的生产能力逐步增强，有望由外采改为自己设计制造模式，从而逐步参与到电子散热市场中，典型公司如英维克。同时，原先其它消费电子领域的公司，通过跨界，也参与到竞争中，在国产替代背景下，份额提升